材料科学基础纯金属结晶.ppt

单晶制备方法第70页,共71页，星期六，2024年，5月（三）、发展等轴晶，限制柱状晶的方法降低浇注温度和浇注速度，减小液体过热度，在液体中保留较多非均匀形核核心；小铸件：用提高过冷度的方法增大形核率；大铸件：变质处理；3、金属铸锭组织缺陷——自学缩孔气孔夹杂物第71页,共71页，星期六，2024年，5月2晶核长大的机制光滑界面有两种机制：(1)二维晶核长大机制——速度很慢(2)晶体缺陷长大机制——结构上存在台阶时如螺型位错——速度较(1)快第38页,共71页，星期六，2024年，5月二维台阶长大方式光滑界面结构晶体的密排面上二维晶核长大N二维晶核；S台阶；K弯结界面上原子不容易与晶体牢固结合原子在台阶处结合比较稳定，横向生长方式向前推移，直到覆盖完整个表面，称为台阶生长机制或横向生长机制晶体进一步长大，必须重新形成二维晶核或台阶第39页,共71页，星期六，2024年，5月粗糙界面主要有一种机制：(3)垂直长大机制（连续长大）界面上所有位置均为生长点：——垂直界面连续长大；——长大速度远较(1)(2)快；——金属晶体长大的主方式第40页,共71页，星期六，2024年，5月垂直长大方式粗糙界面结构，适用于大多数金属在几个原子厚度的界面上，从液相扩散过来的原子很容易填入空位中与晶体连接起来，使晶体连续地在垂直于界面的方向上生长长大速度非常快，一般金属定向凝固的长大速率约为10-2cm/s，过冷度越大，散热效率越快，成长速度越快需要的动态过冷度很小，约0.01~0.05℃第41页,共71页，星期六，2024年，5月3晶体的生长形态（1）液固界面前沿温度分布正温度梯度温度分布:液相温度随至界面距离增加而提高。——靠近模壁处负温度梯度温度分布:液相温度随至界面距离增加而降低。第42页,共71页，星期六，2024年，5月（2）晶体的生长形态(一)正温度梯度下光滑界面:易于形成具有规则形状的晶体。(100)密排面(简单立方中)，长大速度慢(101)非密排面，长大速度快最终外表面为密排面第43页,共71页，星期六，2024年，5月粗糙界面:“平面长大”方式——平面晶第44页,共71页，星期六，2024年，5月(二)负温度梯度下“枝晶生长”方式——树枝晶——常见——解释树枝晶形成1粗糙界面第45页,共71页，星期六，2024年，5月第46页,共71页，星期六，2024年，5月2光滑界面多为小平面树枝状晶体有时为规则外形晶体第47页,共71页，星期六，2024年，5月三、晶粒大小及控制1晶粒大小对材料性能的影响常温下，金属的晶粒越细小，强度和硬度越高，塑性和韧性也越好。——但高温下晶界为弱区，晶粒细小强度反而下降，但晶粒过于粗大会降低塑性。此时须采用适当粗晶粒度。第48页,共71页，星期六，2024年，5月第49页,共71页，星期六，2024年，5月2铸造中晶粒大小的控制形核率越大，长大速度越小，则单位体积中的晶粒数目越多，晶粒越细小。单位体积中的晶粒数目为：ZV=0.9（N/G）3/4细化晶粒：提高形核率N，降低晶核长大速度G第50页,共71页，星期六，2024年，5月工业上常用的方法：（1）增加过冷度过冷度增大，N、G均增大，但N提高的幅度远高于G——增加过冷度——加大冷却速度第51页,共71页，星期六，2024年，5月（2）变质处理添加固相微粒或表面——非均匀形核变质处理定义：在浇注前往液体中加入变质剂(孕育剂)，促进形成大量的非均匀晶核，该工艺称为~。孕育剂选择原则：Ⅰ点阵匹配：即结构相似、尺寸相当。Ⅱ孕育剂熔点远高于金属本身第52页,共71页，星期六，2024年，5月如γ-Fe为fcc结构a≈0.3652nmCu也为fcc结构a≈0.3688nm在液体Cu中加入少量Fe，可促进形核。又如Zr能促进Mg的非均匀